本發(fā)明涉及混合物分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合氣體分離裝置。

背景技術(shù)：

在涉及化學(xué)反應(yīng)的很多工業(yè)過程中，經(jīng)常需要對混合氣體進(jìn)行分離，更純凈的氣體物質(zhì)有利于工程應(yīng)用。常規(guī)的分離方法包括：

吸收法。利用化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)吸收其中一部分組分，以提高另一部分組分的純度。如將二氧化碳和氧氣的混合氣體通過氫氧化鈉溶液后，二氧化碳被吸收，氧氣的純度提高；再比如通過活性炭吸附減少空氣中有害雜質(zhì)的含量。這種方法的問題在于需要不斷補(bǔ)充吸收劑或者吸附劑。

深冷分離。利用相變分離固、液、氣相，如對空氣降溫至特定溫度，既可以利用氧氣和氮?dú)夥悬c(diǎn)不同的特性將氮?dú)庖夯３盅鯕鉃闅鈶B(tài)，并進(jìn)一步分離氣體和液體，從而實(shí)現(xiàn)分離。這種方法的問題在于能耗特別大。

與深冷分離相反，也可以利用加熱混合液體的方式提純不同的組分，通過把液體加熱到特定溫度，可以讓特定的成分蒸發(fā)沸騰為氣體，其他成分保持液體狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)分離，如石油蒸餾。這種方法只適用于液體，而且還要考慮加熱過程中可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如焦化等問題。

氣體分離膜方法。要分離的氣體以高壓供給膜裝置透過膜的一側(cè)，膜的另一側(cè)保持較低壓力，膜兩側(cè)壓力差作為氣體透過膜進(jìn)行擴(kuò)散的推動(dòng)力，由于供料組分的相對遷移速率不同，因而得到分離。這種方法的問題在于設(shè)備尺寸巨大，而且成本高昂。

變壓吸附法。需要不斷調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)的氣體壓力，以使其特定組分被吸附物吸收或者釋放。調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)的壓力需要較大的設(shè)備，能耗也較高。

以上氣體分離方法及設(shè)備均存在明顯的缺陷，有沒有一種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保而高效的分離裝置成為當(dāng)下一個(gè)重要的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種混合氣體分離裝置，它所采用的技術(shù)方案是：一種混合氣體分離裝置，它包括:旋轉(zhuǎn)流道，所述旋轉(zhuǎn)流道呈螺旋式或盤旋式或螺旋式加盤旋式結(jié)構(gòu)，流道兩端設(shè)置有氣體進(jìn)口與氣體出口；出口裝置，其上設(shè)置有氣體分離口，出口裝置氣體分離口插置于旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口處，出口裝置的氣體分離口將旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口沿旋轉(zhuǎn)流道的徑向從外徑到內(nèi)徑分成若干通道；混合氣體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)流道在離心力的作用下，按照分子量的差異從不同的通道中流出，進(jìn)入后續(xù)的氣體收集裝置，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離及收集。

本發(fā)明的工作原理是：不同組分的氣體雖然容易擴(kuò)散混合，但是在重力的作用下，密度大的組分仍然相對集中在高度較低的位置，密度小的組分相對集中在高度較高的位置，或者更嚴(yán)格地說密度大的組分集中在力場的正方向，密度小的組分集中在力場的反方向。由于混合氣體的壓力和溫度基本一致，所以密度的不同主要由分子量差異帶來。空氣中有很多組分，其中主要的組分中氮?dú)夥肿恿?8，氧氣分子量32，二氧化碳分子量44，在同樣的溫度和壓力下，二氧化碳的密度比氮?dú)夂脱鯕獯?，在重力作用下，密度大的二氧化碳?huì)在低洼處聚集。很多長時(shí)間封閉的地窖內(nèi)二氧化碳濃度比外界大氣高，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致人員中毒事故，這就是該效應(yīng)的實(shí)際現(xiàn)象。一定的分子量差異對于大分子量氣體而言比例小，因密度不同而導(dǎo)致的分離效應(yīng)小，而對于小分子量氣體而言，這“一定量”的分子量差異比例就很大，因密度不同而導(dǎo)致的分離效應(yīng)就很大。增大力場強(qiáng)度就可以加強(qiáng)這種分離效應(yīng)，對于小分子量氣體而言，這種效應(yīng)更加明顯?？梢岳秒x心力來替代重力實(shí)現(xiàn)這種效應(yīng)。

讓氣體混合物以高速通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)流道。因?yàn)闅怏w各組分的分子量不同，在同樣的溫度和壓力下密度不同，在旋轉(zhuǎn)流道中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的離心力，在離心力作用下，分子量大的組分因?yàn)槊芏却蠊识奂谛D(zhuǎn)流道中外徑的一側(cè)，分子量小的組分因?yàn)槊芏刃」识奂谛D(zhuǎn)流道中內(nèi)徑的一側(cè)。在旋轉(zhuǎn)流道氣體進(jìn)口處的混合氣體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)流道后在氣體出口處則會(huì)因?yàn)榉肿恿康牟煌蛛x。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)特征是：

所述旋轉(zhuǎn)流道為半徑固定的螺旋式結(jié)構(gòu)，其包括：圓柱形零件，所述圓柱形零件外表面開設(shè)有螺旋形的槽；與圓柱形零件通過連接件相連接的殼體，所述殼體與圓柱形零件上的螺旋形的槽共同形成螺旋形的旋轉(zhuǎn)流道。

所述旋轉(zhuǎn)流道為盤旋式結(jié)構(gòu)，其由中空的管路盤旋形成。

所述盤旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口設(shè)置于靠近流道的旋轉(zhuǎn)中心一端，氣體進(jìn)口設(shè)置于遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心一端。

所述旋轉(zhuǎn)流道為半徑變化的螺旋式結(jié)構(gòu)，其由中空的管路圓臺(tái)形盤旋形成，氣體出口設(shè)置于圓臺(tái)形頂端，氣體進(jìn)口設(shè)置于圓臺(tái)形底部。

所述旋轉(zhuǎn)流道為半徑變化的螺旋式結(jié)構(gòu)，其包括：圓臺(tái)形零件，所述圓臺(tái)形零件外表面開設(shè)有螺旋形的槽；與圓臺(tái)形零件通過連接件相連接的殼體，所述殼體與圓臺(tái)形零件上的螺旋形的槽共同形成半徑變化的螺旋形的旋轉(zhuǎn)流道。

所述出口裝置包括本體、位于本體上的1個(gè)氣體分離口和若干氣體收集口，還包括位于氣體分離口內(nèi)的1～4個(gè)舌部，每個(gè)舌部將旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口沿徑向從外徑到內(nèi)徑分成兩個(gè)通道，每個(gè)通道和相應(yīng)的氣體收集口相連通。

所述出口裝置內(nèi)設(shè)置2個(gè)舌部，將旋轉(zhuǎn)流道分成3個(gè)通道。

所述舌部截面為山脊形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：

由于氣體分子間的電磁力比液體弱得多，一種組分的分子想要穿過另一種組分的分子的區(qū)域是很容易的，所以其混合物根據(jù)離心力也容易分開。由于本發(fā)明僅包括旋轉(zhuǎn)流道和出口裝置，結(jié)構(gòu)簡單，利用旋轉(zhuǎn)流道所產(chǎn)生的離心力和出口裝置的獨(dú)特構(gòu)造可以達(dá)到環(huán)保而高效的混合氣體分離效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖2中a-a方向的剖視圖；

圖4為圖1中出口裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中圓柱形零件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為出口裝置另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖7為盤旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流道示意圖；

圖8為半徑變化的螺旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流道示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明的混合氣體分離裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖1所示的實(shí)施例中，參照圖1至圖5，一種混合氣體分離裝置，它包括:旋轉(zhuǎn)流道1，旋轉(zhuǎn)流道兩端設(shè)置有氣體進(jìn)口2與氣體出口3；出口裝置4，其上設(shè)置有氣體分離口401和氣體收集口402，所述出口裝置氣體分離口401插置于旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口3處，出口裝置的氣體分離口401將氣體出口3沿旋轉(zhuǎn)流道的徑向從外徑到內(nèi)徑分成兩個(gè)通道，所述兩個(gè)氣體收集口402與旋轉(zhuǎn)流道徑向被分成的兩個(gè)通道對應(yīng)導(dǎo)通連接；混合氣體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)流道在離心力的作用下，按照分子量的差異從不同的通道中流出，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。

在本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)流道1為半徑固定的螺旋式結(jié)構(gòu)，其包括：圓柱形零件101，所述圓柱形零件外表面開設(shè)有螺旋形的槽102；與圓柱形零件101通過連接件103相連接的殼體104，所述殼體104與圓柱形零件上101的螺旋形的槽102共同形成螺旋形的旋轉(zhuǎn)流道。

在本實(shí)施例中，所述出口裝置包括本體403、位于本體上的1個(gè)氣體分離口401和兩個(gè)氣體收集口402，還包括位于氣體分離口401內(nèi)的1個(gè)舌部404，舌部404將旋轉(zhuǎn)流道1的氣體出口2沿徑向從外徑到內(nèi)徑分成兩個(gè)通道，每個(gè)通道和相應(yīng)的氣體收集口402相連通。

在實(shí)際應(yīng)用中，所述出口裝置中的舌部還可以設(shè)置成兩個(gè)，三個(gè)或四個(gè)，每個(gè)舌部404將旋轉(zhuǎn)流道1的氣體出口2沿徑向從外徑到內(nèi)徑分成兩個(gè)通道，每個(gè)通道和相應(yīng)的氣體收集口402相連通。圖6是出口裝置另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖，在該實(shí)施例中，所述出口裝置4內(nèi)設(shè)置2個(gè)舌部，將流道分成3個(gè)通道。

另外在實(shí)際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)流道也可以有如下幾種變化：

1、如圖7所示，所述旋轉(zhuǎn)流道為盤旋式結(jié)構(gòu)，其由中空的管路盤旋形成。所述盤旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流道的氣體出口設(shè)置于靠近流道的旋轉(zhuǎn)中心一端，氣體進(jìn)口設(shè)置于遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心一端。

2、如圖8所示，所述旋轉(zhuǎn)流道為半徑變化的螺旋式結(jié)構(gòu)，其由中空的管路圓臺(tái)形盤旋形成，氣體出口設(shè)置于圓臺(tái)形頂端，氣體進(jìn)口設(shè)置于圓臺(tái)形底部。

3所述旋轉(zhuǎn)流道為半徑變化的螺旋式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)參考圖1所示的實(shí)施例包括圓臺(tái)形零件，所述圓臺(tái)形零件外表面開設(shè)有螺旋形的槽；與圓臺(tái)形零件通過連接件相連接的殼體，所述殼體與圓臺(tái)形零件上的螺旋形的槽共同形成半徑變化的螺旋形的旋轉(zhuǎn)流道。

在上述各個(gè)實(shí)施例中，所述舌部截面均為山脊形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而可以理解，在本發(fā)明的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述結(jié)構(gòu)作各種變化和改進(jìn)，包括這里單獨(dú)披露的或要求保護(hù)的技術(shù)特征的組合，以及明顯地包括這些特征的其它組合，這些變形和/或組合均落入本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，并落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。